NO854621L

NO854621L - HULL GRAVES.

Info

Publication number: NO854621L
Application number: NO854621A
Authority: NO
Inventors: Alec Reginald Carruthers
Original assignee: Alh Syst Ltd
Priority date: 1984-11-20
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1986-05-21
Also published as: EP0182551B1; EP0182551A2; AU4999985A; EP0182551A3; GB8429287D0; NZ214234A; DE3570717D1

Abstract

Et grunnboringsverktøy kjent som en hullgraver er anordnet i sitt koniske hode (1) med en pneumatisk drevet rotasjonsvibrator (8) som genererer vesentlige radielle vibrasjoner. Som et resultat økes fremskridelseshastigheten til hullgraveren gjennom motstandig grunn eller. i det hele gjort mulig. Hullgraveren kan også brukes for å oppgradere eksisterende kanaler med eller uten ødeleggelse av et eksisterende rørlag eller foring i slike kanaler. For ødeleggelse av eksisterende lag eller foringer kan avlange rygger (16) plasseres på overflaten av konusen.A ground drilling tool known as a hole punch is provided in its conical head (1) with a pneumatically driven rotary vibrator (8) which generates substantial radial vibrations. As a result, the rate of advance of the hole digger is increased through resistive ground or. on the whole made possible. The hole digger can also be used to upgrade existing ducts with or without destruction of an existing pipe layer or liner in such ducts. To destroy existing layers or liners, elongated ridges (16) can be placed on the surface of the cone.

Description

Oppfinnelsen vedrører hullgravere, hvilke er verktøy forThe invention relates to hole diggers, which are tools for

å forme, rense eller forstørre boringer i grunnen.to shape, clean or enlarge boreholes in the ground.

Behovet for fornyelse og oppgradering av rørledninger for tjenester slik som gass, vann og kloakk har nylig gitt gruhnlag for protester hvor et nytt belegg anbringes i den eksisterende rørledningspassasje med det nye belegg mer over-legent det gamle, f.eks. mer ugjennomtrengelig eller mer mot-standsdyktig for?sammenbrudd. For oppgradering, kan en økning i diameteren på rørledningen være involvert og for dette formål kan et verktøy passeres langs rørledningen som bryter opp det gamle belegg slik som det gamle støpejernsrør eller teglerør og øker boringen. Det nye rør kan trekkes inn bak vertøyet slik at det under gode forhold kan nye installasjoner av en oppgradert rørledning ferdigstilles i et enkelt løp. Imidlertid kan det innsettes ved et senere tidspunkt. Lignende prosesser blir brukt til å forme hull i uberørt grunn, og servicekanaler må så bli skjøvet eller trukket gjennom hullene. The need for renewal and upgrading of pipelines for services such as gas, water and sewerage has recently given rise to protests where a new coating is placed in the existing pipeline passage with the new coating more superior to the old, e.g. more impervious or more resistant to?breakdown. For upgrading, an increase in the diameter of the pipeline may be involved and for this purpose a tool may be passed along the pipeline which breaks up the old coating such as the old cast iron pipe or brick pipe and increases the bore. The new pipe can be pulled in behind the tool so that, under good conditions, new installations of an upgraded pipeline can be completed in a single run. However, it can be inserted at a later time. Similar processes are used to form holes in virgin soil, and service ducts must then be pushed or pulled through the holes.

Problemer oppstår imidlertid fordi fremskridelseshastighet-However, problems arise because the rate of progress-

en på verktøyet gjennom grunnen, den gamle rørledning eller kloakken kan være for langsom og den påstøtte motstand til dens fremskridelse kan resultere i hyppige sammenbrudd. one on the tool through the ground, the old pipeline or sewer may be too slow and the applied resistance to its progress may result in frequent breakdowns.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en hullgraver som tar sikte på å skape større driftshastighet i fornyelsen (og even-tuelt i tillegg oppdradering) av rørledninger og som også er nyttig for å penetrere områder hvor det tidligere ikke er kanaler; dvs. den kan brukes til å penetrere grunnen for å danne en ny rørledningsboring eller til og med å danne vertikale eller skråstilte boringer. The present invention relates to a hole digger which aims to create greater operating speed in the renewal (and possibly additionally upgrading) of pipelines and which is also useful for penetrating areas where previously there were no channels; i.e. it can be used to penetrate the ground to form a new pipeline bore or even to form vertical or inclined bores.

Hullgraveren ifølge oppfinnelsen er anordnet for trekkingThe hole digger according to the invention is arranged for pulling

eller skyving ned i eller gjennom grunnen (enten igjennom fast grunn eller gjennom en eksisterende kanal i grunnen). or pushing down into or through the ground (either through solid ground or through an existing channel in the ground).

Den har en konisk delende førende del som har en roterende It has a conical dividing leading part which has a rotary

vibrator montert inne i denne.vibrator mounted inside this.

Slike vibratorer er i og for seg kjent og er forholdsvis enkle innretninger i hvilke en vekt roteres eksentrisk for å utvikle større radielle vibrasjoner gjennom dannelsen av ubalanse-krefter i radialplanet. De blir hensiktsmessig brukt f.eks. i siktetransportører, veivalser og til å løsne laster fra tipp-kjøretøyer. De kan være mekanisk, elektrisk, pneumatisk eller hydraulisk drevet og for det foreliggende formål foretrekkes en pneumatisk drevet roterende vibrator. Such vibrators are known in and of themselves and are relatively simple devices in which a weight is rotated eccentrically to develop larger radial vibrations through the formation of imbalance forces in the radial plane. They are appropriately used, e.g. in screen conveyors, road rollers and to release loads from tipper vehicles. They can be mechanically, electrically, pneumatically or hydraulically driven and for the present purpose a pneumatically driven rotary vibrator is preferred.

I en utførelse av oppfinnelsen skaper den bakre flate av den konisk avledéhdét? førende del av verktøyet en bakover vendende åpning inn i hvilke et legeme til et vibratorverktøy er skyve-tilpasset og blir så aksielt holdt ved å anordne en avtagbar plate bak den. Drivkraft for verktøyet slik som trykkluft til-føres til denne bak verktøyet (dvs.vgjennom passasjen som den har åpnet etter hvert som den fremskrider), eller forfra. In one embodiment of the invention, the rear surface of the conical derivative creates what? leading part of the tool a rearward facing opening into which a body of a vibrator tool is slide-fitted and is then axially held by providing a removable plate behind it. Propulsion for the tool such as compressed air is supplied to it behind the tool (ie through the passage it has opened as it progresses), or from the front.

Fremad bevegelse av verktøyet kan bevirkes enten ved en vedder bak den eller mer vanlig av en stav eller kabel trukket foran den. Forward movement of the tool can be effected either by a stake behind it or more commonly by a rod or cable pulled in front of it.

En kon helningsvinkel på 10-20°, mest fordelaktig omkringA cone inclination angle of 10-20°, most advantageous around

15° er funnet å være egnet, selv om andre større vinkler kan brukes. 15° has been found to be suitable, although other larger angles can be used.

Eksenterkraften utviklet av vibratoren og amplituden til den radielle vibrasjon såvel som densffrekvens kan være over et stort område samsvarende med grunnforholdene som påstøtes og/ eller beskaffenheten av røret som skal brytes opp (når for-nying er involvert). F.eks. kan en sentrifugalkraft på mellom 5 kNs og 60 kNs utvikles med vibrasjonsamplituder mellom 1 mm og omkring 7 mm ved vibrasjonsfrekvenser på mellom 9000 og 15000/minutt. The eccentric force developed by the vibrator and the amplitude of the radial vibration as well as its frequency can be over a large range corresponding to the ground conditions encountered and/or the nature of the pipe to be broken up (when renewal is involved). For example a centrifugal force of between 5 kNs and 60 kNs can be developed with vibration amplitudes between 1 mm and about 7 mm at vibration frequencies of between 9000 and 15000/minute.

Bestemmelse av de beste verdier for en hver gitt situasjonDetermination of the best values for each given situation

vil stort sett være som et resultat av erfaring fordi grunn-karakteristikkene er uforutsigbare langs en rørledningslengde. Andre karakteristikker som bør kommes i hu er fremdriftskraften som er tilgjengelig for verktøyet, dens konusvinkel og trekket fra overflaten, forholdet mellom den eksisterende diameter og den forstørrede diameter (i tilfelle av oppgradering av en rør ledning) og optimaliseringen av fremskridelseshastigheten. will largely be a result of experience because the ground characteristics are unpredictable along a pipeline length. Other characteristics that should be kept in mind are the propulsion force available to the tool, its taper angle and pull from the surface, the ratio between the existing diameter and the enlarged diameter (in the case of upgrading a pipeline) and the optimization of the progress rate.

Spesielle utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 er et diametralt lengdesnitt gjennom hodet til en hullgraver, Special embodiments of the invention will now be described with reference to the attached drawings, where: Fig. 1 is a diametrical longitudinal section through the head of a hole digger,

fig. 2 er et diametralt lengdesnitt gjennom hodet av en modi-fisert hullgraver, og fig. 2 is a diametrical longitudinal section through the head of a modified hole digger, and

fig. 3 er et delsnitt gjennom den modifiserte hullgraver.fig. 3 is a partial section through the modified hole digger.

En stålkonus 1 har et aksielt hulrom gjennom sitt senter, hvor den førende ende av denne 2, er forstørret for å motta hale-enden av en trekkstav 3, koplet til konusen ved en tapp 4. A steel cone 1 has an axial cavity through its centre, the leading end of which 2 is enlarged to receive the tail end of a tie rod 3, connected to the cone by a pin 4.

Ved den bakre ende av hulrommet er det en forstørrelse 5 hvor en omkretsmessig vegg av denne har en forhøyning 6 som har en skyvtilpasning til den ytre overflate av legemet 7 av en rotasjonsvibrator 8. Ved sin aksielt førende ende passer vibratoren 8 nøyaktig mot blokkene 9 på en aksiell vegg av forstørr-elsene og ved sin andre aksielle ende er lignende blokker 10 holdt mot den bakre ende av vibratoren ved en ringformet holde-plate 11 holdt til en bakre flate av konusen ved bolter 12. Ved sin akterende har verktøyet en sylindrisk vegg 12 hvis bakre ende kan brukes for feste av et rørbelegg eller foring som skal trekkes gjennom hullet i grunnen formet, forstørret og renset ved verktøyet. At the rear end of the cavity there is an enlargement 5, a circumferential wall of which has an elevation 6 which has a sliding fit to the outer surface of the body 7 of a rotary vibrator 8. At its axially leading end, the vibrator 8 fits precisely against the blocks 9 of an axial wall of the enlargements and at its other axial end similar blocks 10 are held against the rear end of the vibrator by an annular retaining plate 11 held to a rear face of the cone by bolts 12. At its aft end the tool has a cylindrical wall 12 whose rear end can be used for the attachment of a pipe coating or liner to be pulled through the hole in the ground formed, enlarged and cleaned by the tool.

Vibratoren 8 er av en i og for seg kjent type med en pneumatisk motor som roterer en eksentrisk hul vekt. Luft ved passende trykk tilføres motoren gjennom rørledningen 15 som følger verk-tøyet langs boringen som den former. Luftkilden er hensiktsmessig ved bakkeoverflaten. The vibrator 8 is of a known type with a pneumatic motor which rotates an eccentric hollow weight. Air at suitable pressure is supplied to the motor through the pipeline 15 which follows the tool along the bore it forms. The air source is conveniently at the ground surface.

Nærmere bestemt anordnes en Vibtec VE12 0 vibrator forsynt med luft ved 140 cfm ved forskjellig trykk i konstruksjonen vist i fig. 1. Hullgraveren ble trukket av en stav trukket ved en Petersen hydraulisk stavtrekkingsenhet fra en utgravning lagt foran verktøyet hvor trekkstaven blir skjøvet gjennom til verk-tøyet og festet ved en tapp 4 og så trukket tilbake. Kraftenheten av trekkeenheten ble operert ved forskjellige trykk med og uten vibratoren i drift. Konusen var 250 mm i diameter med en konusvinkel på 15°. More specifically, a Vibtec VE12 0 vibrator supplied with air at 140 cfm at different pressures is arranged in the construction shown in fig. 1. The hole digger was pulled by a rod pulled by a Petersen hydraulic rod pulling unit from an excavation placed in front of the tool where the pulling rod is pushed through to the tool and fixed by a pin 4 and then pulled back. The power unit of the pulling unit was operated at different pressures with and without the vibrator in operation. The cone was 250 mm in diameter with a cone angle of 15°.

Konusen ble utprøvd gjennom et sjikt med blåleire ved en dybde under overflaten på omkring 1,5 m. Ved et trykk på 41 bar i kraftenheten av stavtrekningsenheten ville konusen ikke bevege seg, men når vibratoren ble satt i drift gjorde den stødig fremskridelse skjønt den var langsom. Når kraftenheten ble operert ved et trykk på 54 bar beveget konusen seg langsomt, men bruken av vibratoren ble funnet å fordoble den fremskridelseshastighet. Dette var en svært påkjennende utprøving i massiv fuktig leire. For disse tilstander ville større vibrasjonkrefter og større vibrasjonsamplituder (i modellen brukt var den omkring 1,5 mm) være å foretrekke, forsynt f.eks. av en VIBTEC VE4500'0. The cone was tested through a layer of blue clay at a depth below the surface of about 1.5 m. At a pressure of 41 bar in the power unit of the rod pulling unit the cone would not move, but when the vibrator was put into operation it made steady progress although it was slow. When the power unit was operated at a pressure of 54 bar the cone moved slowly, but the use of the vibrator was found to double the rate of progress. This was a very demanding test in massive moist clay. For these conditions, greater vibration forces and greater vibration amplitudes (in the model used it was around 1.5 mm) would be preferable, provided e.g. of a VIBTEC VE4500'0.

I å rense ut eller oppgradering av eksisterende kanaler, ellerIn cleaning out or upgrading existing channels, or

i penetrering av mer fremkommelige jordforhold kan imidlertid den først beskrevne vibrator være adekvat. however, in penetrating more accessible soil conditions, the first described vibrator may be adequate.

Forbedret ytelse kan oppnås ved tilføring av spenningsøkende former på overflaten av konusen 1'. En slik form er en kniv-kantrygg 16 som vist i fig. 2 og 3. Disse knivegger (spennings-hevere) av hvilke en to eller flere kan være anordnet, skaper bøying og punkter for spenriingskjonsentrasjon som er svært effektive særlig i å bryte materialer slik som støpejern og glassaktig leire. Improved performance can be achieved by adding tension-increasing shapes to the surface of the cone 1'. One such form is a knife-edge ridge 16 as shown in fig. 2 and 3. These knife edges (stress raisers) of which two or more may be arranged, create bends and points of stress concentration which are very effective especially in breaking materials such as cast iron and glassy clay.

En hullgraver som innehar oppfinnelsen kan bli brukt bak en annen, men konvensjonelle hullgravere f.eks. som en rundtskjær ende eller oppgraderende hullkraver bak en konvensjonell kanal-brytende hullgraver, etterlater ikke alltid et sirkulærft snitt i passasjen bak den. A hole digger that possesses the invention can be used behind another, but conventional hole digger e.g. such as a round-cut end or upgrading hole collars behind a conventional channel-breaking hole digger, does not always leave a circular cut in the passage behind it.

Claims

1. Hole digger with a conical head (1), characterized in that a rotary vibrator (8) is arranged to generate radial vibration of the head (1).

2. Hole digger according to claim 1, characterized in that the vibrator (8) is a unit adapted inside a housing (5) shaped in the head, a body (7) of the vibrator rests radially on an elevation (6) in the housing ( 7).

3. Digger according to claim 1 or 2, characterized in that the vibrator is pneumatically driven.

4. Digger according to claims 1-3, characterized in that one or more ridges (16) are arranged in an axial plane along the surface of the head (1).

5. Digger according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cone angle of the cone is from 10-20°.